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Metall (Fach) / Kupfer (Lektion)

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• Präfixe vor Cu-Werkstoffnummern CR - Kathoden, Gussformate CW - Knet-Kupfer CC - Kupfergusswerkstoffe
• Cu-Gewinnung Rückgewinnung oder 1. Bergbau 2. Aufbereitung 3. Verhüttung (Cu-Konzentrat -> pyrometallurgisch; oxidische Erze -> hydrometallurgisch) 4. Raffination (Schmelzflussverfahren und/oder Elektrolyse)
• Cu-Rücklaufmaterialien Neuschrott (z.B. Stanzabfälle, Späne) Altschrott (z.B. Kabel-, Armaturen-, Elektronikschrott) Zwischenprodukte, Reststoffe (z.B. Krätzen, Filterstäube, Galvanikschlämme)
• Cu aus CATH-1-Kathoden CR/CW003A - ETP-1 CR/CW007A - OF-1 CR/CW009A - OFE CR/CW022A - PHCE
• Polen (im Anodenofen) Reduktionsmittel: Erdgas, Naphtha, Reformiergas, Ammoniak; CuO wird unter Bildung von Wasserdampf und CO2 zu Cu reduziert und in gießfertigen Zustand gebracht. Der geringe Rest-O-Gehalt verhindert die H-Aufnahme und wirkt deshalb bei den Gussformaten während der Erstarrung der Lunkerbildung entgegen und macht leicht oxidierbare Verunreinigungen unschädlich.
• Pyrometallurgie des Kupfers 1. Schwebeschmelzofen -> Kupferstein 2. Konverter -> Blister-Kupfer 3. Anoden-Ofen -> feuerraffiniertes Cu 4. Anoden-Gießmaschine -> Anoden
• DIN EN 13599 betrifft: Platten, Bleche und Bänder (0,05-25 x 10-1250 mm) aus Cu für die Elektrotechnik legt fest: - Zusammensetzung - Anforderungen an die Eigenschaften - Grenzabmaße, Formtoleranz - Ablauf der Probennahme - Prüfverfahren - Lieferbedingungen
• Spanbarkeit von Cu (allgemein) Im Vergleich zu vielen anderen metallischen Konstruktionswerkstoffen sind die Mehrzahl der Kupferwerkstoffe leicht spanbare Werkstoffe. Für die Beurteilung der Spanbarkeit von Werkstoffen zur Fertigung von Form- und Fassondrehteilen aller Art wird oft CuZn39Pb3, das Automatenmessing, als Vergleichsmaßstab herangezogen. Die Kupferwerkstoffe sind für alle Spanungsverfahren geeignet. Die Spanungseigenschaften verschiedener Werkstoffgruppen auf Kupferbasis differieren jedoch deutlich. Die gut spanbaren Kupferwerkstoffe können mit hohen Schnittgeschwindigkeiten zerspant werden.  
• Spanbarkeit von Cu (differenziert) Die heterogenen Kupferwerkstoffe lassen sich besser spanen als die homogenen Werkstoffe. Unter den heterogenen Werkstoffen wiederum haben die Werkstoffe, die als Legierungselement einen Spanbrecher (meistens Blei) enthalten, die besseren Spanungseigenschaften. Aber auch bei den homogenen Werkstoffen verbessern Spanbrecher die Spanungseigenschaften beträchtlich , so z.B. die von unlegiertem Kupfer durch Zusatz von Tellur (CuTeP), Blei (CuPb1P) oder Schwefel (CuSP). Gusslegierungen weisen meistens bessere Spanungseigenschaften auf als Knetlegierungen gleicher Zusammensetzung und harte, verfestigte Werkstoffe spanen besser als Werkstoffe im weichen Zustand. Das gilt insbesondere für homogene Werkstoffe wie z.B. Kupfer, unlegiert, Kupfer-Nickel-, bleifreie Kupfer-Zink-Legierungen mit hohem Kupfergehalt. Homogene Legierungen, besonders im weichen Zustand neigen dazu, lange Wirrspäne zu bilden, die kaum brechen. Lange Späne beeinträchtigen den Arbeitsablauf, können die Werkzeugmaschine blockieren oder zum Bruch empfindlicher Werkzeuge führen. Kühlschmiermittel sollen schwefelfrei sein, da die für die Stahlbearbeitung üblichen schwefelhaltigen Schmiermittel zu Verfärbungen des Werkstückes führen und unter Umständen Korrosion auslösen können.  
• Härten von Cu-Werkstoffen Kupfer enthält kein dem Kohlenstoff vergleichbares Element; Mechanismen, die beim Abschrecken von Stählen zur Härtbarkeit beitragen, gibt es bei Kupferwerkstoffen nicht. Eine Festigkeitssteigerung ist zum Einen nur durch eine Kaltverformung (Kaltwalzen, Ziehen etc.) möglich. Erwärmt man kaltverfestigte Bauteile über die Weichglühtemperatur, stellt sich der weiche Festigkeitszustand wieder ein, unabhängig von der Abkühltemperatur. Innerhalb der Gruppe der Kupferwerkstoffe gibt es zum Zweiten auch sog. aushärtbare Legierungen. Bei diesen erfolgt zunächst ein Weichglühen und anschließend eine Auslagerung bei Temperaturen unterhalb der Weichglühtemperatur. Auch wenn dieser Vorgang auf den ersten Blick wie das Vergüten beim Stahl erscheint, verhält es sich dennoch genau umgekehrt: erst wird der Werkstoff weichgeglüht und dann ausgehärtet.
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• Oberflächenbehandlung von Cu Alle gängigen Verfahren sind anwendbar. Eine Besonderheit stellt das künstliche Patinieren (chemisches Färben) dar, mit dessen Hilfe künstliche Patinaschichten in vielen unterschiedlichen Farbvarianten aufgebracht werden können. Großen Einfluss auf die Qualität und das Verhalten der Beschichtung übt die Vorbehandlung der Oberfläche aus, sie ist mindestens genauso wichtig wie die Beschichtung selbst. Einzelne Legierungselemente wie Blei oder Aluminium können die Anwendung bestimmter Verfahren erschweren.
• Oberflächenbehandlung von Cu: 8 gängige Verfahren - galvanische Beschichtung - chemische Abscheidung - Schmelztauchen - thermisches Spritzen - Auftragsschweißen - Walzplattieren - Lackieren - Emaillieren
• Cu-HCP (7) CR/CW021A (SE-Cu); hochreines, desoxidiertes Cu mit niedrigem Rest-Ph-Gehalt; hoch leitfähig für Wärme und Elektrizität; sehr gut warm- und kaltumformbar; gut korrosionsbeständig; gut schweiß- und hartlötbar; gut wasserstoffbeständig
• Wasserstoffkrankheit (Cu) Unter der Wasserstoffversprödung versteht man die Entstehung von Rissen und Hohlräumen in sauerstoffhaltigen Kupfersorten, wie dem E-Cu58 oder E-Cu57 (nach DIN 1787), beim Kontakt mit wasserstoffhaltigen Gasen. Diese Kupfersorten werden aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit hauptsächlich in der Elektrotechnik eingesetzt. Ihre Herstellung erfolgt nicht unter dem Ausschluss von Sauerstoff, so dass geringe Mengen an Kupfer(I)-oxid (Cu2O) darin enthalten sind. Beim Erhitzen über 500 °C diffundiert der Wasserstoff in das Metall und reagiert mit dem Kupfer(I)-oxid gemäß folgender Reaktion: Cu2O + H2 → 2 Cu + H2O Der Wasserdampf sprengt das Gefüge, weil das Kupfer(I)-oxid als dünnes Netzwerk von Cu-Cu2O-Eutektikum auf den Korngrenzen liegt. Dieses Phänomen wird auch Wasserstoffkrankheit genannt.

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